車輛側(cè)傾試驗臺稱重精度對測量結(jié)果的影響

崔震　郝少紅　周興龍　劉智偉　劉艷君

摘 要：目前，車輛的整車質(zhì)心和最大側(cè)傾角度一般通過車輛側(cè)傾試驗臺利用稱重技術(shù)獲得，本文通過引用一些簡單的理論公式，分析了稱重精度對試驗結(jié)果的影響，從而指導相關(guān)工程人員了解稱重精度的重要性并根據(jù)設計目的選擇合理的稱重試驗臺，并根據(jù)試驗數(shù)據(jù)的分布特點給出了試驗臺標定的原則。

關(guān)鍵詞：最大側(cè)傾角;測量精度;整車質(zhì)心;側(cè)傾試驗臺

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.009

1 引言

作為影響車輛安全性的重要參數(shù)之一，最大側(cè)傾角度在國家標準GB/T 14172-2009 《汽車靜側(cè)翻穩(wěn)定性臺架試驗方法》中給出了相應的檢驗標準和要求，各企業(yè)根據(jù)自己的情況在設計過程中通過理論、試驗的方法獲得這一數(shù)據(jù)。影響車輛最大側(cè)傾角度的參數(shù)很多，例如輪胎參數(shù)、車輛質(zhì)心位置、懸架剛度等，通過理論計算很難將這些因素考慮全面，并且計算需要的輸入非常復雜，有些參數(shù)需要非常有經(jīng)驗的工程師才能給出。車輛側(cè)傾試驗臺是一種簡單有效的方法，獲得的試驗數(shù)據(jù)可以用以指導設計目標實現(xiàn)與否，通過試驗可同時獲得整車質(zhì)心位置，這兩個參數(shù)最終都是通過試驗臺的稱重板反饋的稱重信號進行計算得出的，因此，整車質(zhì)心位置和最大側(cè)傾角完全取決于稱重臺的稱重精度。企業(yè)在購買側(cè)傾試驗臺時，為了滿足整個企業(yè)的要求，會選取設計的最大質(zhì)量的車輛采購側(cè)傾試驗臺，這就對小質(zhì)量的車輛測量精度造成了一定的影響，具體的影響結(jié)果如何目前還沒有文獻進行過討論，本文則根據(jù)一些簡單的假設分析這一問題。

對于最大側(cè)傾角度和質(zhì)心位置的計算，最簡單的是假設整車為一剛體，不考慮輪胎參數(shù)、懸架性能的影響，在相關(guān)文獻中給出的計算公式如下[1]：

式中，為整車質(zhì)心高度，為前輪距，為后輪距，、、、為側(cè)傾試驗臺側(cè)傾一定角度時四個稱重板的稱重結(jié)果，當試驗臺左翻時，為右前稱重板測量結(jié)果、為左前稱重板測量結(jié)果、為左后稱重板測量結(jié)果、為右后稱重板測量結(jié)果，為車輛試驗臺在初始位置時測得的整車質(zhì)量，為車輛質(zhì)心位置的側(cè)向坐標。

可以看出，整車質(zhì)心位置與最大側(cè)傾角度都與側(cè)傾試驗臺的稱重結(jié)果直接相關(guān)，本文根據(jù)上述兩個簡化的公式研究稱重臺的稱重精度對測量結(jié)果的具體影響。

2 稱重精度對整車質(zhì)心位置的影響

車輛側(cè)傾試驗臺一般由四塊稱重板組成，每塊稱重板的稱重精度取決于使用的傳感器，目前市面上常見的傳感器精度為0.1%FS（滿量程的0.1%），即如果要保證測量結(jié)果的精確度，最好使用跟測量對象相符的稱重板量程。但是考慮到車輛駛?cè)朐囼炁_的安全系數(shù)，一般試驗臺的公稱量程都要放大一倍，以使車輛駛?cè)霑r全部重量由前/后兩塊稱重板單獨承受時傳感器也是安全的。

假設當車輛側(cè)傾試驗臺角度為時計算整車的質(zhì)心位置，測量對象為一質(zhì)量3t的貨車，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1所示。

假設試驗臺滿量程20t，取兩倍的安全系數(shù)，當使用的稱重傳感器測量精度為0.1%FS時，每個輪的絕對測量誤差范圍為±10kg，即每個輪的測量結(jié)果都可能在真實值的±10kg內(nèi)變化，基于所有的可能條件，利用公式（1）計算出的質(zhì)心高度變化如圖3：其質(zhì)心變化范圍最小值為295.6mm，最大值為349.7mm，變化范圍為54.1mm。

假設試驗臺滿量程10t，取兩倍的安全系數(shù)，當使用的稱重傳感器測量精度為0.1%FS時，每個輪的絕對測量誤差范圍為±5kg，即每個輪的測量結(jié)果都可能在真實值的±5kg內(nèi)變化，基于所有的可能條件，利用上圖公式（1）計算出的質(zhì)心高度變化如圖4：其質(zhì)心變化范圍最小值為309.1mm，最大值為336.2mm，變化范圍為27.1mm。

假設試驗臺滿量程5t，取兩倍的安全系數(shù)，當使用的稱重傳感器測量精度為0.1%FS時，每個輪的絕對測量誤差范圍為±2.5kg，即每個輪的測量結(jié)果都可能在真實值的±2.5kg內(nèi)變化，基于所有的可能條件，利用上圖公式（1）計算出的質(zhì)心高度變化如圖5：其質(zhì)心變化范圍最小值為315.9mm，最大值為329.4mm，變化范圍為13.5mm。

綜合以上結(jié)果，當被測對象一定時，質(zhì)心高度的變化范圍隨著試驗臺測量質(zhì)量的減小而減小，即質(zhì)心測量精度線性增加。根據(jù)圖6，設計人員可根據(jù)被測對象的質(zhì)心測量精度要求選擇合適的試驗臺量程，應盡量避免大量程的試驗臺測量小質(zhì)量的車輛質(zhì)心高度。

3 稱重精度對最大側(cè)傾角度的影響

由于側(cè)傾試驗臺在最終讀取最大側(cè)傾角度時根據(jù)稱重的結(jié)果進行判定，即當側(cè)傾時外側(cè)的稱重為零時，記錄此時的角度值為最大側(cè)傾角度。因此，稱重精度決定了最大側(cè)傾角度的測量結(jié)果，根據(jù)公式（2）（3）結(jié)合質(zhì)心高度的測量結(jié)果進行計算，當試驗臺不同量程時對應的車輛最大側(cè)傾角度情況，如表2所示。

將結(jié)果整理為圖7所示，可以看出，最大側(cè)傾角度與試驗臺的最大量程之間呈線性關(guān)系變化，如果需要獲得精確的最大側(cè)傾角度的測量結(jié)果，不能使用與被測對象的質(zhì)量相差太大量程的側(cè)傾試驗臺。

4 結(jié)果討論

前文在計算稱重精度對質(zhì)心位置和最大側(cè)傾角度的影響時考慮了測量數(shù)據(jù)的所有可能性，由于質(zhì)心位置直接受稱重精度的影響，下面從概率的角度探討測量結(jié)果的處理方法及誤差的分布。

從圖8所示的質(zhì)心位置的概率分布統(tǒng)計圖可以看出，無論儀器的測量精度如何，由試驗儀器精度引起的誤差使質(zhì)心位置均服從正態(tài)分布，均值相同，當試驗臺的量程較大時，試驗數(shù)據(jù)的標準差大。如果測量幾組數(shù)據(jù)，那么根據(jù)2σ準則（即測量數(shù)據(jù)落在2σ范圍內(nèi)的概率為95%），使用合理的試驗方法，例如可以通過測量五組數(shù)據(jù)，去除最大最小值后求平均值。這樣測量的誤差范圍基本可以歸納為：20t、10t、5t量程試驗臺0.1%FS稱重精度質(zhì)心誤差范圍分別為34.3mm，17.1mm，9.3mm。

為了去除系統(tǒng)誤差的影響，根據(jù)圖8的質(zhì)心數(shù)據(jù)分布圖，在一定時間周期內(nèi)需要對側(cè)傾試驗臺進行標定。標定時采用定質(zhì)量的質(zhì)量塊，通過多次稱重計算數(shù)據(jù)點的分布，這些數(shù)據(jù)理論上服從正態(tài)分布，否則需要修正傳感器系數(shù)使其偏心的均值回歸到真實值，以去除系統(tǒng)誤差的影響。

5 結(jié)論

利用車輛側(cè)傾試驗臺進行整車質(zhì)心位置和最大傾傾角度測量時，假設整車為一剛體，測得的質(zhì)心高度和最大傾傾角度與試驗臺稱重板的最大量程呈線性變化的關(guān)系，根據(jù)數(shù)據(jù)的分布特點，設計人員需要根據(jù)被測對象的質(zhì)量合理選擇稱重臺的最大量程，并定期對試驗臺進行標定。

參考文獻：

[1]周亮，張儀棟.提高車輛質(zhì)心位置測量精度的對策與研究[J].中國客車行業(yè)發(fā)展論壇2012年中國客車學術(shù)年會論文集，2012：119-122.

[2]汪祖國.汽車最大側(cè)傾穩(wěn)定角的簡化計算[J].汽車科技，2014（02）：33-37.

作者簡介：崔震（1984-），男，山東濟寧人，博士，工程師，從事汽車性能設計及驗證工作。